湖北省华中师大一附中高二物理（国际板大小班、长短课重点班）能量量子化及光的粒子性.ppt

能量量子化及光的粒子性 两朵乌云是什么 经典力学 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 思考1 在火炉旁边有什么感觉 投在炉中的铁块开始是什么颜色 过一会有是什么颜色 任何温度下 宏观物体都要向外辐射电磁波 电磁波能量的多少 以及电磁波按波长的分布都与温度有关 故称为热辐射 室温时波长较长的电磁波高温波长较短的电磁波 无论是高温物体还是低温物体 都有热辐射 所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化 一 热辐射 思考2 一座建设中的楼房还没安装窗子 尽管室内已经粉刷 如果从远处看 把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比 你会发现什么 为什么 二 黑体与黑体辐射 定义 如果一个物体在任何温度下 对任何波长的电磁波都完全吸收 而不反射与透射 则称这种物体为绝对黑体 简称黑体 用不透明材料制成一空心容器 壁上开一小孔 可看成绝对黑体 说明 黑体是个理想化的模型 例 开孔的空腔 远处的窗口等可近似看作黑体 对于黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 一般材料的物体还与材料的种类及表面状况有关 三 黑体辐射的实验规律 辐射强度 纵坐标 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能 称为辐射强度 实验发现 随温度的升高 各种波长的辐射强度都在增加 当绝对黑体的温度升高时 辐射强度的最大值向短波方向移动 这些规律与日常经验相符 热辐射的经典解释 大量带电粒子的无规则热运动引起的 物体中每个分子 原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率作无规则的微振动 每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场 从而向外辐射各种波长的电磁波 形成连续的电磁波谱 经典物理学所遇到的困难 解释实验曲线 1 维恩的半经验公式 公式适合于短波波段 长波波段与实验偏离 公式只适用于长波段 而在短波区与实验严重不符 当波长接近0时辐射强度接近无穷大 紫外灾难 2 瑞利 金斯公式 玻尔兹曼常数k 1 380658 10 23j k 普朗克能量子假说 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒 它们的能量是某一最小能量的整数倍e n n 1 2 叫能量子 简称量子 n为量子数 它只取正整数 能量量子化 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 h 6 626 10 34j s 普朗克常数 四 能量子 超越牛顿的发现 对于频率为 的谐振子 最小能量为 h 普朗克的拟合结果 意义 planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点 提出了能量子 物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点 这不仅成功地解决了热辐射中的难题 而且开创物理学研究新局面 标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域 为量子力学的诞生奠定了基础 并因此获得了诺贝尔物理学奖 例1 氦氖激光器发射波长为632 8nm的单色光 试计算这种光的一个能量子的能量值为多少 若该激光器的发光功率为18mw 则每秒发射多少个能量子 v f 例2 设有一弹簧振子质量m 2kg 弹簧的劲度系数k 25n m 振幅a 0 4m 已知弹簧振子的周期公式为t 能量公式为 1 求振子的频率和总能量 2 假如能量是量子化的 求该振子的能量子以及量子数 五光电效应实验 实验现象 1 验电器张开 正电 2 存在截至频率3 精确实验表明 响应时间小于10 9s 六 爱因斯坦的光电效应方程 1 光子说看似连续的光实际上是由个数有限 分立于空间各点的光子组成的 每一个光子的能量为h h是普朗克常量 h 6 63 10 34j s 是光的频率 2 光电效应方程h w0 ek 1 光电效应存在截至频率 光电效应的条件是光子的能量 h 必须大于或至少等于逸出功w0 即 就是光电效应的截至频率 2 入射光照射到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 一个电子只能接收一个光子的能量 若光子能量大于逸出功 则电子吸收后立即逸出光电子 几乎不需要时间 若光子能量小于逸出功 不能发生光电效应现象 无论照射时间多长 都不能逸出光电子 解释 最大初动能 光电效应中从金属出来的电子 有的从金属表面直接飞出 有的从内部出来沿途与其它粒子碰撞 损失部分能量 因此电子速度会有差异 直接从金属表面飞出的速度最大 其动能为最大初动能 最大初动能的概念 v v 例1 一束绿光照射某金属发生了光电效应 则下列说法正确的是 a 若增加绿光的照射强度 则逸出的光电子数增加b 若增加绿光的照射强度 则逸出的光电子最大初动能增加c 若改用紫光照射 则可能不会发生光电效应d 若改用紫光照射 则逸出的光电子的最大初动能增加 答案 ad 例2 用同一束单色光 在同一条件下 先后照射锌片和银片 都能产生光电效应 这两个过程中 对下列四个量 一定相同的是 可能相同的是 一定不相同的是 a 光子的能量b 金属的逸出功c 光电子动能d 光电子最大初动能 答案 acbd 七光电效应实验规律探究 1 将双掷开关置于cd两点 存在着饱和电流 h w0 ek 以下因素是否影响饱和电流的数值 1 电压2 光的颜色3 金属的种类4 光的强度 照射光 光电子 每秒逸出光电子数nh 光电子逸出后的最大初动能 ek 七光电效应实验规律探究 2 将双掷开关置于ab两点 存在着遏止电压和截止频率 h w0 ek 1 极限频率与什么有关 2 逸出功与什么有关 3 光子能量与什么有关 4 光电流大小与什么有关 只与光的频率有关 与光的强度无关 极限频率与被照射物金属关 极限频率与被照射物金属关 光电流大小与光的强度和反向电压大小有关 6 遏止电压与什么有